[发明专利]一种钒类化合物电极材料的制备方法及其在水系锌离子电池中的应用

说明书

本发明公开了一种钒类化合物电极材料的制备方法及其在水系锌离子电池中的应用，包括以下步骤：将钒类化合物分散于水溶剂中，在100‑200℃下保持2‑120小时，冷却至室温后，洗涤，干燥，得到钒类化合物活性材料，将所得钒类化合物活性材料和导电粘合剂以(6‑9)：(4‑1)的质量比混合制备浆料，将集流体浸入该浆料中，之后取出干燥，重复上述浸入和干燥过程10‑30次，得到钒类化合物电极材料；将所得钒类化合物电极材料作为正极材料，Zn箔作为负极，与电池电解液制得水系锌离子电池。本发明利用导电粘结剂和三维集流体，改善了电极的导电性，提高电极上活性材料的单位面积负载量，有利于提高水系锌离子电池的电化学性能。

技术领域

本发明属于电化学材料领域，具体涉及一种钒类化合物电极材料的制备方法及其在水系锌离子电池中的应用。

背景技术

随着社会的发展与进步，人们生活中对能源的需求逐渐增加。而煤、石油、天然气等不可再生能源逐渐枯竭，且其使用产生了大量的污染，使得生态环境的持续恶化。为了解决这些问题，需要开发新型清洁能源，如风能、太阳能潮汐能等。但是这些能源是间歇性的，无法直接利用，因此需要可以大规模储存这些能量的装置。锂离子电池作为目前生活中使用最广泛的二次电池，其可以循环使用，同时具有体积小、重量轻、寿命长、工作温度范围宽、比功率和工作电压高、能量密度高、充电快且安全等优点。但由于锂资源有限，而且锂电池也存在一些问题：采用有机电解质溶液，生产成本较高，具有安全隐患等，找寻一种资源储存量丰富、对环境友好的储能新体系已成为当今新的研究热点。

可充电水系电池采用水基电解质，生产成本低，安全性好，有希望替代锂离子电池成为新一代电化学储能系统。其中，含水电解质的使用使电池的离子电导率高达1S/cm，比非水系电解质的离子电导率(10mS/cm)高很多，有利于适应新兴应用的快速充放电能力，其频率调节的快速响应平衡系统对于电网存储尤其重要。由于金属锌在地球资源中含量高、生产规模大，成本低廉、无毒性，使得水系锌离子电池在各种水系金属离子电池中脱颖而出。此外，锌负极还具有几个优点：低氧化还原电位(相对于标准氢电极为-0.76V)，高理论容量(820mA·h·g^-1)，优异的水中化学稳定性。因此，水系锌离子电池有希望成为下一代大规模储能装置的理想选择。然而在传统水系锌离子电池电极材料的构筑中，通过将活性材料和导电剂(例如乙炔黑)与非导电粘合剂(例如PVDF和CMC)结合，并涂覆到金属箔集流体上。这样存在的问题是正极中活性材料的质量负荷不足，这极大地抑制了锌离子电池的有效利用，因此需要开发一种新策略，提高电池电极材料单位面积负载量，改善电池的性能。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研究设计一种钒类化合物电极材料的制备方法及其在水系锌离子电池中的应用，来解决传统水系锌离子电池的正极活性材料的单位面积负载量不足、电池性能不足的缺点。本发明采用的技术手段如下：

一种钒类化合物电极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将钒类化合物分散于水溶剂中，在100-200℃下保持2-120小时，冷却至室温后，洗涤，干燥，得到钒类化合物活性材料；

S2、将所得钒类化合物活性材料和导电粘合剂以(6-9)：(4-1)的质量比混合制备浆料，将三维集流体浸入该浆料中，之后取出干燥，重复上述浸入和干燥过程10-30次，得到钒类化合物电极材料。

优选地，步骤S1中，钒类化合物为五氧化二钒、二氧化钒和钒青铜类化合物中的一种或两种以上。

优选地，步骤S1中，干燥方式为冷冻干燥、鼓风干燥或自然晾干。

优选地，步骤S2中，导电粘结剂为3,4-乙基二氧噻吩、苯乙烯磺酸盐、导电的聚(9,9-二辛基芴-芴酮-苯甲酸甲酯)、聚苯胺、聚吡咯和聚苯胺-聚氧化乙烯中的一种或两种以上。

优选地，步骤S2中，集流体为三维集流体。